Wykład 3 03.11.2010r.

Biologia komórki podstawy

Cechy komórki eukariotycznej i prokariotycznej:

Organizmy prokariotyczne: Prokariota - komórki nie zawierają jądra komórkowego

Organizmy eukariotyczne: Eukariota - komórki zawierają jądro komórkowe

Prokariota	Prokariota	Eukariota
Występowanie:	Bakterie, sinice	Pierwotniaki, grzyby, zwierzęta, rośliny
Uorganizowanie:	Przeważnie jednokomórkowe	Przeważnie wielokomórkowe
Zakres wymiaru komórki:	1-10μm	10-100μm
Jądro kom:	brak	Jest
ER:	brak	Jest
Mitochondria:	brak	Są
Chloroplasty:	brak	Są u roślin
Centriole / centrosom:	brak	Są u zwierząt, rzadko u roślin
Aparat golgiego:	brak	Jest (u roślin i zwierząt)
Ściana komórkowa:	jest	Jest u roślin, brak u zwierząt
Rybosomy:	70S	80S 55S (mitochondria) 70S (chloroplasty)
Cytoszkielet:	brak	Mikrofilamenty, mikrotubule, filamenty pośrednie
Genom:	Genofor - kolista cząsteczka DNA	chromatyna

Chromosom	Kolista cząsteczka DNA	Skondensowana mitotyczna lub mejotyczna postać chromatyny
Liczba	1	Liczne ( w zależności od gatunku), po dwa każdego rodzaju w komórce diploidalnej ( 1mt oraz 1 lub więcej w chloroplastach)
Skład chemiczny	DNA i białka histonopodobne	DNA + histony + białka niehistonowe (DNA w mitochondriach i chloroplastach)
Podział	Replikacja DNA	Po replikacji DNA mitoza lub mejoza ( w mitochondriach i chloroplastach - tylko replikacja)
Podział komórki	Przewężenie i rozszczepienie	Cytokineza po mitozie lub mejozie
Metabolizm	Beztlenowy i tlenowy	Tlenowy, rzadziej beztlenowy
Lokalizacja oksydoreduktaz	Błona komórkowa	Błona grzebieni mitochondrialnych i peroksysomy
Lokalizacja hydrolaz	Błona komórkowa	lizosomy

Protoplast (pełna zawartość żywej komórki):

• Cytoplazma ze wszystkimi składnikami - CYTOPLAST

• Cytoplazma podstawowa (bez organelli)

• faza wodna - 80% ( w tym metabolity )

• faza białkowa - 20% ( w tym macierze cytoplazmatyczna -cytomatrix - CM)

• Organelle pozajądrowe

• Jądro komórkowe z całą zawartością - NUKLEOPLAST

Błony biologiczne:

• Błona komórkowa - plazmolema - oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego

• W kom eukariota błony biologiczne dzielą komórkę na mniejsze obszary o zróżnicowanych funkcjach

Błona plazmatyczna - model płynnej mozaiki :

• dwuwarstwa lipidowa

• warstwa zewnętrzna

• warstwa cytoplazmatyczna

• białka błonowe - swoistość antygenowa

Lipidy błonowe:

• fosfolipidy

• glicerofosfolipidy

• sfingofosfolipidy

• glikolipidy

• glikolipidy glicerolowe

• sfingoglikolipidy

• steroidy

• cholesterol (nie występuje w błonach komórkowych roślin)

Wszystkie typy lipidów błonowych - amfipatyczne:

• część hydrofilowa - polarna „główka”

• część hydrofobowa - niepolarny „ogon”

Fosfolipidy tworzą w wodzie dwuwarstwę.

Białka błonowe:

• INTEGRALNE

• Transbłonowe - przenikają obie warstwy lipidów

• całościowo:

• 
  monotopowe - jednokrotnie przechodzą przez warstwę lipidową

• politopowe - wielokrotnie przechodzą przez dwuwarstwę lipidową

• częściowo - osadzone w jednej warstwie lub nawet między warstwami

• Peryferyjne

• powierzchniowe - wiążą się z jedną monowarstwą błony komórkowej

• za pośrednictwem białek integralnych

• za pośrednictwem lipidów

Białka błonowe:

• transportujące, np. kanały jonowe

• kotwiczące, np. integryny

• receptorowe

• enzymy, np. cyklaza adenylowa, konwertaza angiotensyny

• strukturalne

Właściwości błon biologicznych:

• Asymetryczność - dwie monowarstwy dwuwarstwy lipidowej mają odmienny sklad lipidowy i białkowy

• Dynamiczność - składniki błonowe, budujące błonę lipidy pozostają w ciągłym ruchu

• Płynność - warunkuje ją skład lipidowy, większa zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych i niższy odsetek cholesterolu zwiększa płynność błony

Glikokaliks:

• węglowodanowa warstwa pokrywająca powierzchnię komórek

• zbudowana z oligosacharydów i poilsacharydów, wchodzących w skład glikoprotein oraz proteoglikanów błonowych

• węglowodany tworzące glikokaliks umieszczone są tylko po stronie zewnątrzkomórkowej błony

Kora komórki:

• sieć włóknistych białek wzmacniających błonę komórki

• stanowi przybłonową część cytoszkieletu

• główny składnik: filamenty aktynowe

• utrzymuje kształt komórki, zapewnia elastyczność i wytrzymałość błony komórkowej

Funkcje błony komórkowej:

• osłania komórki od środowiska zewnętrznego, chroni przed uszkodzeniami

• odpowiada za selektywny transport przez błonę

• odpowiada za komunikację międzykomórkową i wewnątrzkomórkową

• nadaje właściwości antygenowe powierzchni komórek ( antygeny grupowe krwi, antygeny zgodności tkankowej)

• pełni rolę we wzajemnym rozpoznawaniu się komórek i ich adhezji

TRANSPORT PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE:

Transport bierny - dyfuzja prosta ( bez zmian w strukturze błony )

• zgodnie z gradientem stężeń

• bez zużywania energii

• bez pomocy białek nośnikowych

• cząsteczki niepolarne

• nienaładowane elektrycznie cząsteczki polarne

• substancje rozpuszczalne w tłuszczach

Transport nośnikowy - dyfuzja ułatwiona

• zgodny z gradientem stężeń

• bez zużywania energii

• biorą w nim udział białka transbłonowe

• w ten sposób mogą być transportowane np.: aminokwasy, cukry, nukleotydy

Transport aktywny

• w kierunku przeciwnym do gradientu stężeń

• za pośrednictwem białek transportującyh

• z wykorzystaniem energii

• np.: transport jonów Na⁺, K⁺(pompa sodowo-potasowa)

Transport pęcherzykowy - dużych cząsteczek

• Endocytoza - transport substancji ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórki

• pinocytoza - endocytoza substancji płynnej

• fagocytoza - wchłanianie do komórki substancji stałych, np. bakterii

• endocytoza przy udziale receptorów

• Egzocytoza - transport substancji na zewnątrz komórki

• konstytutywna - ciągła

• regulowana - w komórkach wydzielniczych

Jądro komórkowe:

• Otoczka jądrowa

• Chromatyna

• euchromatyna

• heterochromatyna ( w pobliżu otoczki jądrowej)

• Jąderko

• Macierz jądrowa

OTOCZKA JĄDROWA:

• stanowi barierę pomiędzy cytoplazmą i nukleoplazmą

• budowa:

• zewnętrzna i wewnętrzna błona jądrowa

• przestrzeń okołojądrowa

• blaszka jądrowa - lamina

• kompleksy porowe

• zapewnia selektywną wymianę molekuł między jądrem a cytoplazmą

• pełni rolę w uorganizowaniu i funkcji chromatyny interfazowej

CHROMATYNA:

• interfazowa postać chromosomów mitotycznych lub mejotycznych

• skład chemiczny chromatyny

• DNA

• Histony

• Białka niehistonowe

• RNA - tylko w chromatynie aktywnej genetycznie

PODZIAŁ BIAŁEK CHROMATYNY:

• histony - białka zasadowe: H2A, H2B, H3, H4 i H1 (łącznikowy)

• białka niehistonowe NHC (non histon chromatid protein )

• enzymatyczne

• nieenzymatyczne

• strukturalne

• regulatorowe

Stopnie upakowania chromatyny

1. Dwuniciowa helisa DNA (2nm)

2. Nukleosomy, faza „koralików na sznurku” (11nm)

3. Włókno chromatynowe (solenoid) z upakowanych nukleosomów (30nm)

4. Fragment chromosomu w formie rozproszonej - pętle (300nm)

5. Skondensowany fragment chromosomu metafazowego - minipasmo (700nm)

6. Chromosom metafazowy (1400nm)

JĄDERKO:

• nie jest otoczone błoną

• stanowi miejsce biosyntezy cząsteczek rRNA (pre-rRNA) oraz dojrzewania i montażu prerybosomowych cząsteczek RNP (pre-rRNP)

• tworzone jest przez organizator jąderkowy NOR (nucleolus organizing region)

MITOCHONDRIA:

• lipoproteinowe organelle otoczone dwiema błonami

• wytwarzają energię w postaci adenozynotrifosforanu (ATP)

• Budowa:

• błona zewnętrzna - gładka

• błona wewnętrzna - silnie pofałdowana

• przestrzeń międzybłonowa

• macierz mitochondrialna

Błona zewnętrzna:

• zawiera białka (poryny), które tworzą kanały umożliwiające przechozenie cząsteczekz cytozolu do przestrzeni międzybłonowej

• jest przepuszczalna dla jonów i metabolitów

Błona wewnętrzna:

• silnie pofałdowana - tworzy grzebienie

• nieprzenikliwa dla wielu substancji

• bogata w fosfolipid kardiolipinę

• zawiera:

• enzymy łańcucha oddechowego

• kompleks enzymów syntazy ATP

• białka transportowe

Macierz mitochondrialna:

• enzymy metabolizujące pirogronian i kwasy tłuszczowe do acetylo-CoA w cyklu kwasu cytrynowego

• mitochondrialny DNA, rybosomy, niektóre cząsteczki tRNA

APARAT GOLGIEGO:

• występuje w pobliżu jądra komórkowego

• zbudowany jest ze spłaszczonych cystern, które tworzą stos - diktiosom

• powierzchnia cis

• zwrócona w stronę szorstkiej siateczki śródplazmatycznej

• zasocjowana z małymi pęcherzykami transportowymi

• powierzchnia trans

• zwrócona ku płonie plazmatycznej

• zasocjowana z ziarnami lub wakuolami wydzielniczymi

• funkcje: Aparatu Golgiego:

• postsyntetyczna modyfikacja glikoprotein, glikolipidów, proteoglikanów

• udział w sekrecji: zagęszczanie, sortowanie, pakowanie produktów wydzielniczych w pęcherzyki

• udział w biosyntezie składników błon

• udział w biogenezie lizosomów

SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA (ER):

• rozlegly system błon w postaci rurek, pęcherzyków i spłaszczonych cystern

• rodzaje:

• Szorstkie (rough ER - RER), ziarniste - usłane rybosomami

• Gładkie!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

• Funkcje gładkiej:

• synteza trójglicerydów

• synteza fosfolipidów i glikolipidów

• synteza cholesterolu i steroidów

• synteza kwasu L-askorbinowego (z wyjątkiem człowieka i świnki morskiej )

• procesy detoksykacji

• Funkcje szorstkiej:

• na rybosomach związanych z błonami ER odbywa się biosynteza białek

LIZOSOMY:

• stanowią wewnątrzkomórkowy układ trawienny

• są to pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną

• zawierają enzymy hydrolityczne - kwaśne hydrolazy (aktywne w pH ok 5)

• Lizosomy pierwotne zawierają hydrolazy bez substratów enzymatycznych

• Lizosomy wtórne - wynik fuzji lizosomów pierwotnych z wakuolami autofagowymi lub heterofagowymi

• Autofagosomy - rezultat fuzji z wakuolą autofagową

• Heterofagosomy - rezultat fuzji z wakuolą heterofagową

• Ciałka resztkowe - końcowe stadium degradacji enzymatycznej w lizosomach wtórnych, powstają one wtedy, gdy trawienie jest niekompletne

PEROKSYSOMY:

• kuliste struktury otoczone pojedynczą błoną

• wnętrze wypełnia macierz, w której zlokalizowane są enzymy, głównie oksydoreduktazy

• biorą udział w :

• metabolizmienadtlenku wodoru

• reakcjach detoksykacyjncyh (wątroba, nerki)

• procesie beta-oksydacji kwasów tłuszczowych

• metabolizmie związków azotu

CYTOSZKIELET

• stanowi sieć bialkowych filamentów cytoplazmatycznych

• zbudowany jest z trzech rodzajów filamentów białkowych:

• mikrotubule MT (25nm)

• filamenty pośrednie IF (10nm)

• filamenty aktynowe (mikrofilamenty ) MF (6nm)

Mikrotubule:

• cylinder zbudowany z 13 równoległych protofilamentów

• każdy protofilamnet jest łańcuchem podjednostek tubulina alfa i beta

• wzdłuż mikrotubul przemieszczają się organelle i odbywa się transport wewnątrzkomórkowy

• biorą udział w budowie wrzeciona kariokinetycznego (kurczliwość)

Filamenty pośrednie:

• cytoplazmatyczne

• keratynowe

• wimentynowe i wimentynopodobne

• neurofilamenty

• jądrowe

• laminy

Osiem tetramerów skręconych w linopodobny filament pośredni - wysoka wytrzymałość na rozciąganie

Filamenty aktynowe:

• zbudowane z aktyny

• niezbędne do wykonywania ruchów

• tworzą aspekt kurczliwy mięśnia

Mikrotrabekule:

• łączą wszystkie filamenty i organelle cytoplazmatyczne

• białka towarzyszące mikrofilamentom, mikrotubulom i filamentom pośrednim

---